Введение к работе
Актуальность и степень исследованности тематики диссертации. Современные комплексные исследования в области контроля и охраны кружающеи среды в том числе и научные исследования в разрезе юниторинга Мирового океана и интенсификация его освоения тесно вязано с проблемой сбора, хранения и обработки значительных объемов нформации о состоянии его гидрофизических полей. Одним из путей епгения этих проблем является создание автономных гидрофизических нформационно - измерительных систем (АГИИС), включающих одсистемы регистрации данных на магнитный носитель. В раде случаев меет место проблема уникальности данных, повторное получение которых евозможно. В первую очередь это можно отнести к подсистемам контроля араметров окружающей среды. К информационно - измерительным істемам, получения таких данных, ставятся высокие требования точности, остоверности, надежности. Особенно повышенные требования редъявлятотся к подсистемам регистрации данных автономных нформационно - измерительных систем. В последнем случае, кроме гречисленных, добавляются требования, экономичности, максимального ;сурса работы, значительной информационной емкости.
Основу подсистемы регистрации АГИИС составляет аппаратура )ЧНой магнитной записи (АТМЗ). Существенное повышение іформационной емкости АТМЗ при существующих способах цифровой агннтной записи достигается за счет повышения информационной тотности. Неизбежным следствием повышения плотности является гижение достоверности.
В связи с этим возникает задача обнаружения и коррекции іецифических ошибок, возникающих в канале цифровой магнитной записи, так же учета их влияния на метрологические характеристики АГИИС. >адиционные подходы повышения достоверности данных в канале гфровой магнитной записи с использованием корректирующих кодов и іхода участков магнитного носителя с неудовлетворительными рактеристиками существенно снижают пропускную способность канала и метно влияют на энергопотребление, надежность и точностные параметры тономного информационно -измерительногокомплекса.
Современные методы цифровой обработки сигналов позволяют щественно упростить процессы подготовки экспериментальных данных, ссмотрение процессов цифровой фильтрации обнаруживает их недостатки: акция фильтра на искаженный отсчет эквивалентна импульсной реходной функции, которая суммируется с реакциями на последующие искаженные отсчеты и заметно изменяет их, что ведет к размножению шбок.
Современным направлением исследования метрологических харак-)истик информационно - измерительных систем является имитационное делирование. Его применение позволяет значительно сократить объем міедований сложных систем по сравнению с аналитическим и
экспериментальным методами, повысить точность оценок метрологически; характеристик, учесть широкий диапазон условий применена информационно - измерительных систем. Учитывая, что АГИИС подсистемами цифровой магнитной записи получили широко распространение, разработка методов исследования метрологически: характеристик таких систем на основе имитационного моделировани является важной и весьма актуальной задачей.
Целью работы является повышение эффективности автономны: гидрофизических информационно - измерительных систем.
Ндея работы состоит в разработке методов и средств повышени точности подсистемы цифровой магнитной записи, выборе, на основ установленных зависимостей, параметров подсистемы, обеспечивающи: максимизацию показателя эффективности.
Для реализации идеи и достижения цели поставлены следующи основные задачи:
разработать критерии оценки эффективности АГИИС,принципы і методы повышения эффективности подсистемы цифровой магнитной записі путем повышения точности данных и плотности цифровой магнитноі записи;
разработать математическую модель канала цифровой магнитноі записи для исследования параметров искажений данных эксперимента обусловленных воздействием дестабилизирующих факторов;
разработать имитационную модель передачи стохастических данны: по каналу цифровой магнитной записи;
установить зависимости показателя эффективности от плотності записи, дополнительной погрешности канала, размера информационное кадра и определить их оптимальные значения, обеспечивающи максимизацию показателя эффективности;
разработать аппаратные и программые средства для реализациі подсистемы цифровой магнитной записи.
Методы исследований. В работе использованы метода матетатического анализа , теории вероятностей и математическоі статистики, теории измерений и погрешности, методы имитационное моделирования и цифровой обработки сигналов.
Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту и их новизна.
Положения.
-
Принцип и методы повышения эффективности гидрофизически: информационно-измерительных систем отличаются использованием моделеі прогноза и кадровой синхронизации с целью обнаружения статистическоі неоднородности данных, вызванных искажениями в канале цифрової магнитной записи, их локализацией и заменой статистически однородно! по следов ательностью.
-
Модель канала цифровой магнитной записи, в отличие о известных, учитывает аналоговые преобразования данных в цифрової канале под воздействием основных возмущающих факторов.
3. Методика оценки метрологических характеристик подсистемы ифровой магнитной записи обеспечивает учет характера возмущающих іакторов и данных, передаваемых по каналу цифровой магнитной записи.
Результаты.
1. Разработана новая математическая модель канала цифровой
агнитной записи, позволяющая в аналитическом виде установить
араметры искажений цифровых данных.
2. Разработана имитационная модель преобразования данных в канале
ифроиой магнитной записи, учитьтаюіцая их стохастический характер и
озволяющая оценить метрологические характеристики подсистемы
ифровой магнитной записи.
3. Разработаны программно-аппаратные средства, реализующие
редложенный метод повышения точности данных, обнаружения,
окализации и коррекции искажений данных эксперимента, при их передачи
о каналу цифровой магнитной записи, обеспечивающие погрешность 0.6%
ри плотности записи 150 бит/мм.
4. Получены зависимости влияния дестабилизирующих факторов и
араметров данных эксперимента на показатели точности их передачи
о каналу цифровой магнитной записи , установлены оптимальные
яачения параметров канала цифровой магнитной записи ,
беспечивающих максимум показателя эффективности.
Обоснованность и достоверность научных положений , выводов и екомендаций подтверждается адекватностью разработанных моделей, роверенных в ходе вычислительных экспериментов, корректностью спользования математического аппарата, совпадением результатов оделирования и данных испытаний с погрешностью не более 15%, пробации работы на научных конференциях, положительными езультатами внедрения.
Научное значение работы состоит в развитии принципов и методов бнаружения и коррекции искажений стохастических данных, возникающих ри их передачи по каналу цифровой магнитной записи, позволяющих овысить эффективность подсистем цифровой магнитной записи.
Практическая значимость работы состоит в разработке и определении :
математических и иммитационных моделей канала цифровой агнитной записи и возмущающих факторов, приводящих к искажениям змерительной информации;
алгоритмов, программ и технических средств обнаружения, окализации и коррекции искажений данных в канале цифровой магнитной тиси;
зависимости показателя эффективности от параметров подсистемы ифровой магнитной записи и установлении значений этих араметров.оптимизирующих показатель эффективности;
уменьшении дополнительной погрешности канала цифровой агнитной записи до 0.6% при плотности записи на магнитный носитель ЭО-150 бит/мм на основе разработанных научных положений, методов и
средств повышения точности и эффективности подсистем цифрові магнитной записи для гидрофизических, гидравлических и экологичесю информационно-измерительных систем с техническим, алгоритмическим программным обеспечением.
Декларация личного вклада. Автором лично разработаны принцип методы увеличения объема канала (показателя эффективности), мет< обнаружения, локализации и коррекции искажений данных в кана цифровой магнитной записи, а также математическая модель Kanaj цифровой магнитной записи, имитационная модель прохождені стохастических сигналов по каналу цифровой магнитной записи.
Реализация и внедрение результатов работы.
Основное содержание диссертационной работы составляют результат исследований, которые выполнялись на кафедрах "Автоматизированнь системы управления" и "Промышленная электроника" Донецкої государственного технического университета (ДПИ) в течение 1982-1997 г. Результаты диссертационной работы использованы в автономнь гидрофизических информационно-измерительных системах выполненных соответсвии с планами Минвуза УССР по темам Донецкої политехнического института "Метрика - УВО - ДПИ" (х\т 82-292), "Марал УВО - ДПИ" (х\т 85-292), а так же постановления СМ СССР по НИ "Зрелище" (х\т 86-290). Автор принимал участие в выполнении указаннь: тем в качестве ответственного исполнителя. Результаты работы так я используются в учебном процессе ДонГТУ и научных исследованиях в СКТ "Турбулентность".
Апробация работы. Основные теоретические и практически результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и получил одобрение на следующих научных совещаниях, семинарах и международны конференциях : V Всесоюзной школе "Автоматизация научны исследований морей и океанов" (Севастополь, 1980 г.); IV Всесоюзно совещании "Экспериментальные методы и аппаратура для исследовани турбулентности" (Новосибирск, 1981 г.); 5 и 6 конференции по гидравлике пневматике (Магдебург, 1983 г. и 1985 г.); И конференция по жидкостны механизмам (Брно, 1985 г.); 4 конференция "Применение микропроцессоро в измерительной технике и автоматизации" (Магдебург, 1986 г.); научнс технической конференциях преподавателей и научных сотруднике Донецкого политехнического института (Донецк, 1986, 1990, 1992 г.г.); Г международной научно-технической конференции "Экологи промышленного региона" (Донецк, 1995 г.); расширенном семинаре кафедрі "Промышленная электроника" Донецкого государственного техническог университета (Донецк, 1997г.).
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в печатных работах и 5 авторских свидетельствах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяті разделов и заключения, изложенных на 161 страницах машинописное
текста, иллюстрированного 34 рисунками. Работа содержит 20 таблиц, список использованных источников из 132 наименований и 3 приложений.